一種具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構的製作方法

2023-04-27 20:31:16 2

本發明涉及一種具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構，屬於機械密封技術領域。

背景技術：

幹氣密封是通過密封間隙內一層微米級厚度的氣膜來阻止被密封介質洩漏的。因此氣膜的形狀是影響密封性能的關鍵因素。改良幹氣密封環的端面結構，是當前提升幹氣密封性能和延長密封使用壽命的常用手段。目前，關於螺旋槽幹氣密封的改良一般體現在槽的結構形式或槽分布形式方面，對於密封環端面的改良還很少，雖然已有學者提出在螺旋槽幹氣密封端面加工錐面（cn103090006b），但該案例適用於高壓、高速工況，同時所構成的密封間隙為發散型間隙。

常用的螺旋槽幹氣密封屬於動壓型幹氣密封，其密封間隙內的氣膜為平行氣膜，可以利用氣體在動壓槽內產生的動壓效應實現幹氣密封的開啟，具有高開啟力、高剛度等特點，一般運用於高速旋轉機械中。在普通離心泵、反應釜等轉速較低的旋轉機械中，動壓型幹氣密封的穩定性和可靠性不能得到滿意的保證，而適用於低速工況的靜壓型幹氣密封雖然在啟停時具有較大的開啟力，但是較動壓型幹氣密封而言，靜壓型幹氣密封存在著結構冗雜、洩漏率高、影響其密封性能的外部因素較多等缺點。因此如何在低速工況中有效地應用動壓型幹氣密封，同時能保證幹氣密封運行的穩定性，是亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構，結合動壓式和靜壓式密封技術，通過對密封環中靠內徑處的端面進行改進，將螺旋槽幹氣密封間隙由常見的平行間隙變成收斂型間隙，能夠在低速工況中實現螺旋槽幹氣密封結構的應用，使螺旋槽幹氣密封結構在運行時同時具有動壓效應和靜壓效應，從而提高開啟力，降低洩漏率。

本發明的技術方案是：

一種具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構，包括兩個密封環，即動環1和靜環3，在其中任意一個密封環端面外徑側周向均勻地開有4~40個螺旋槽8，槽深為3~100μm，螺旋角為1°~90°，氣體沿徑向從外徑側向內徑側流動；在任意一個密封環端面靠內徑處的位置加工有一個過渡面6，使兩個密封環間的密封間隙沿氣體的流動方向形成收斂型密封間隙2，過渡面6的形式可以為錐面、球面、橢球面或其它曲面等非平面形式；

收斂型密封間隙2主要由三個關鍵參數決定：過渡面6起始處至密封環端面圓心的距離r1；過渡面6的軸面投影輪廓與軸線之間的夾角θ；密封壩區ⅰ5與密封壩區ⅱ7之間的軸向高度差hs（過渡面6將密封環端面未開槽區域分為三個部分：密封壩區ⅰ5——即靠近外徑的密封壩區、過渡面6和密封壩區ⅱ7——即靠近內徑的密封壩區）。

過渡面6起始處至密封環端面圓心的距離r1為密封環內徑ri的1.01~1.18倍；過渡面6的軸面投影輪廓與軸線之間的夾角θ為0°~80°；密封壩區ⅰ5與密封壩區ⅱ7之間的軸向高度差hs為螺旋槽幹氣密封平衡膜厚h0的0.1~0.9倍。

本發明的有益效果：

本發明在密封環端面靠內徑處加工具有非平面形式的類臺階結構，使密封間隙在氣體的流動方向上呈收斂型，可以提高開啟力，減小洩漏率。以外徑為77.78mm，內徑為58.42mm，槽根半徑為69mm，轉速為1087.08rad/s，進口壓力為5mpa，出口壓力為0.1013mpa，平衡膜厚為5.08μm，槽深為5μm的平行間隙泵入式螺旋槽幹氣密封結構作為比較對象，選取過渡面起始處至密封環端面圓心的距離=1.1×密封環內徑，兩壩區之間的軸向高度差hs為0.6h0，過渡面軸面投影輪廓與軸線之間的夾角θ為80°的本發明所述的具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構作比較，結果為，本發明所述的具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構開啟力能提升18.404%，洩漏率能降低85.955%。

附圖說明

圖1為實施例1所述具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構示意圖；

圖2為圖1a-a剖面圖；

圖3為實施例2所述具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構示意圖；

圖4為圖3b-b剖面圖；

圖5為實施例3所述具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構示意圖；

圖6為圖5c-c剖面圖；

圖7為實施例4所述具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構示意圖；

圖8為圖7d-d剖面圖。

圖中：1-動環，2-收斂型密封間隙，3-靜環，4-旋轉軸，5-密封壩區ⅰ，6-過渡面，7-密封壩區ⅱ，8-螺旋槽，9-相鄰兩個螺旋槽之間的臺區，r1-過渡面起始處至密封環端面圓心的距離，ri-密封環內徑。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步說明，但本發明的內容並不限於所述範圍。

實施例1

如圖1和圖2所示，一種具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構，包括兩個密封環，即動環1和靜環3，在動環1端面外徑側周向均勻地開有12個螺旋槽8，槽深為3μm，螺旋角為15°，氣體沿徑向從外徑側向內徑側流動；在動環1端面靠內徑處的位置加工有一個過渡面6，使兩個密封環間的密封間隙沿氣體的流動方向形成收斂型密封間隙2，過渡面6的形式為錐面；

過渡面6起始處至密封環端面圓心的距離r1為密封環內徑ri的1.01倍；過渡面6軸面投影輪廓與軸線之間的夾角θ為76°；密封壩區ⅰ5與密封壩區ⅱ7之間的軸向高度差hs為螺旋槽幹氣密封平衡膜厚h0的0.3倍。

實施例2

如圖3和圖4所示，一種具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構，包括兩個密封環，即動環1和靜環3，在靜環3端面外徑側周向均勻地開有6個螺旋槽8，槽深為100μm，螺旋角為5°，氣體沿徑向從外徑側向內徑側流動；在動環1端面靠內徑處的位置加工有一個過渡面6，使兩個密封環間的密封間隙沿氣體的流動方向形成收斂型密封間隙2，過渡面6的形式為球面；

過渡面6起始處至密封環端面圓心的距離r1為密封環內徑ri的1.15倍；過渡面6軸面投影輪廓與軸線之間的夾角θ為0°；密封壩區ⅰ5與密封壩區ⅱ7之間的軸向高度差hs為螺旋槽幹氣密封平衡膜厚h0的0.1倍。

實施例3

如圖5和圖6所示，一種具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構，包括兩個密封環，即動環1和靜環3，在動環1端面外徑側周向均勻地開有10個螺旋槽8，槽深為10μm，螺旋角為85°，氣體沿徑向從外徑側向內徑側流動；在靜環3端面靠內徑處的位置加工有一個過渡面6，使兩個密封環間的密封間隙沿氣體的流動方向形成收斂型密封間隙2，過渡面6的形式為橢球面；

過渡面6起始處至密封環端面圓心的距離r1為密封環內徑ri的1.05倍；過渡面6軸面投影輪廓與軸線之間的夾角θ為60°；密封壩區ⅰ5與密封壩區ⅱ7之間的軸向高度差hs為螺旋槽幹氣密封平衡膜厚h0的0.9倍。

實施例4

如圖7和圖8所示，一種具有收斂型密封間隙的泵入式螺旋槽幹氣密封結構，包括兩個密封環，即動環1和靜環3，在靜環3端面外徑側周向均勻地開有30個螺旋槽8，槽深為60μm，螺旋角為15°，氣體沿徑向從外徑側向內徑側流動；在靜環3端面靠內徑處的位置加工有一個過渡面6，使兩個密封環間的密封間隙沿氣體的流動方向形成收斂型密封間隙2，過渡面6的形式為不規則曲面；

過渡面6起始處至密封環端面圓心的距離r1為密封環內徑ri的1.1倍；過渡面6軸面投影輪廓與軸線之間的夾角θ為30°；密封壩區ⅰ5與密封壩區ⅱ7之間的軸向高度差hs為螺旋槽幹氣密封平衡膜厚h0的0.6倍。